DD217818A1

DD217818A1 - Verschleissfeste schutzschicht

Info

Publication number: DD217818A1
Application number: DD25532183A
Authority: DD
Inventors: Gunter Prassler
Original assignee: Robotron Zft Veb
Priority date: 1983-10-03
Filing date: 1983-10-03
Publication date: 1985-01-23
Also published as: DD217818B1

Abstract

Verschleissfeste Polyurethanschutzschicht einer Schichtdickte von 0,05 bis 4 m zum Schutz empfindlicher Oberflaechen gegen mechanischen Verschleiss und Korrosion. Anwendungsgebiete der Erfindung sind insbesondere Oberflaechen von starren und flexiblen Aufzeichnungstraegern, aber auch der Schutz metallischer, metallisierter und nichtmetallischer starrer und flexibler Oberflaechen, die Herstellung zu einebnenden, glatten Zwischenschichten fuer die anschliessende Metallisierung sowie die Anwendung fuer dekorative Zwecke. Erfindungsgemaess werden ein starkverzweigter Polyesteralkohol und ein praepolymeres Isocyanat zur Reaktion gebracht. Das Reaktionsgemisch wird auf eine zu beschichtende Oberflaeche aufgetragen und anschliessend einem Aushaertungsprozess unterzogen, nach dessen Abschluss die Polyurethanschutzschicht eine bestimmte Pendelhaerte nach Koenig und einen bestimmten Haftreibungskoeffizienten aufweist.

Description

Verschleißfeste Schutzschicht

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine verschleißfeste Schutzschicht, die überall dort anwendbar ist, wo ein Korrosions- und Verschleißschutz empfindlicher Oberflächen erreicht werden soll bzw. glatte Oberflächen als Untergrund für dünne Metallschichten gefordert werden. Als Anwendungsgebiet kommt, insbesondere die Herstellung von Schutzschichten für Aufzeichnungsträger, aber auch von Schutzschichten für starre und flexible Leiterplatten, für feste und flexible Skalen an elektrotechnischen und elektronischen Geräten, für metallisierte Oberflächen von Funktions- und Bedienelementen elektrischer und elektronischer Geräte sowie die Herstellung von einebnenden, glatten Zwischenschichten für anschliessende Metallisierung in Betracht.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es ist bekannt, verschleißempfindliche und korrosionsgefährdete metallische Oberflächen, z.B. mit aus mehreren Komponenten bestehenden schützenden Überzügen, ein- bzw· mehrfach zu beschichten·

Schutzschichten mit günstigen Eigenschaften werden unter Verwendung von PUR-Polymeren erreicht, z.B. gemäß DB-AS 2719 285, DE-PS 2100 503, WP 95 258, WP 115 787. Durch Reaktion von insbesondere hydroxylgruppenhaltigen Acrylaten mit aliphatischen und/ oder aromatischen mehr oder weniger präpolymerieierten Isocyanaten werden Schutzschichten erzielt, die eine verbesserte Abriebfestigkeit haben und Je nach den Ausgangskomponenten eine höhere Elastizität oder Härte aufweisen. Der Zusatz verschiede-

ner Monomerer oder Präpolymerer mit ungesättigten Mehrfachbindungen und OH-Gruppen erhöht zwar die Härte, jedoch sinkt die Haft·»· und Schlagfestigkeit bei gleichzeitig erhöhter Temperaturwechsel« und Feuchtigkeit sempf indlichkeit. Bin Zusatz von elastif!zierenden Komponenten senkt wiederum die Abrieb- und ferschleißfestigkeit. Der Einsatz dieser PUR-Schutζschichten ist prinzipiell möglich, jedoch erfordert jeder Anwendungsfall eine speziell optimierte und umfangreich erprobte Schutzschicht« rezeptur.

Gemäß WP 95 258 und WP 115 727 werden leistungsfähige Schutzschichten für Aufzeichnungsträger hergestellt. Der Nachteil der lösung nach WP 95 258 besteht darin, daß ein präpolymeres Hydroxyacrylat, das aus Styrol und Butylacrylat herstellbar ist und ein mittleres Aquivalentgewicht von 700 1400, vorzugsweise von 1000 - 1200 besitzt, mit einem präpolymeren Isocyanat, das durch Polyaddition von 60 - 90 % eines Polyesters und 40 -10 % eines Polyäthers mit einem Überschuß an Toluylendiisocyanat herstellbar ist und ein Aquivalentgewicht von 350 .- 800» vorzugsweise von 450 «650 besitzt, zur Reaktion gebracht wird. Es ißt Jedoch anch bekannt, daß bei Reaktionen solcher großen Moleküle miteinander die Reaktionen der Hydroxy- und Isocyanatgruppen miteinander wegen der steri« schen Hinderung nicht vollständig ablaufen können· Bs gilt als sicher nachgewiesen, daß die Reaktion nach einer gewissen Seit sum Stillstand kommt, weil sich die reaktionsfähigen Gruppen aus räumlichen Gründen nicht mehr erreichen können. Diese restlichen Hydroxy- und Isocyanatgruppen, die je nach Reaktionsführung und Härtungsbedingungen in unterschiedlicher Menge zurückbleiben, führen damit zu unkontrollierbar variierenden Leistungeparametern der Schutzschicht« So können die Isocyanatgruppen z.B. mit dem Wasser der Luftfeuchtigkeit reagieren. Außerdem sind die verbleibenden Hydroxygruppen für eine Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Quellbarkeit der Schichten verantwortlich. Die unvollständige Reaktion beider Partner ist durch

die leichte Löslichkeit der Schicht in aggressiven Lösungsmitteln, z.B. Dimethylformamid, aber auch in dem milden Lösungsmittel Äthylalkohol nachweisbar,

WP 115 787 versucht die geschilderten Nachteile zu umgehen, indem nur ein präpolymerisiertes Isocyanat, das aus Diisocyanatotoluol und einem Gemisch aus 60 - 95 % Polyester und 40 - 5 % Polyäther mit einem NGO-Gehalt der lösungsmittelfreien Substanz von 8.-11 % besteht, eingesetzt wird. Der Torteil ist in der einfachen Rezeptur zu sehen. Als wesentlicher Nachteil ist zu erkennen, daß die Härtung nur auf die Anwesenheit von Luftfeuchtigkeit angewiesen ist und je nach der herrschenden Luftfeuchtigkeit unterschiedliche Schutzschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften entstehen. Die beschriebene Härtung innerhalb von 180 Minuten bei 120 +,10 ⁰C ist nur eine physikalische Trocknung durch Verdampfung der Lösungsmittelanteile. Die eigentliche Härtung durch Reaktion des Isocyanate mit der Luftfeuchtigkeit erfolgt anschließend, so daß die Erreichung der endgültigen Festigkeit nach 48 Stunden nicht möglich ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer universell anwendbaren Schutzschicht für den Oberflächenschutz starrer und flexibler metallischer, nichtmetallischer und metallisierter Oberflächen, insbesondere von Aufzeichnungsträgern der Datenverarbeitung, die einfach herstellbar ist, geringste Schichtdicken aufweist und hochverschleißfest ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschicht aus solchen Reaktionspartnern zu bilden, deren Komponenten eine sichere Verknüpfung zu einem dreidimensionalen Netzwerk mit verbesserten Leistungspararaetern der Schutzschicht wie Gleitfähigkeit, Abriebfestigkeit, Schlagzähigkeit, Flexibilität, Gleichmäßigkeit der Schichtdicke sowie der inneren und Oberflächenstruktur gewährleistet. '

Der. erfindungsgemäßen Lösung liegt die Überlegung zugrunde» als Reaktionepartner zwei Substanzen, deren eine aus großen Molekülen und deren zweite aus kleinen Molekülen besteht, die die großen Moleküle durchdringen, zusammenbringen* Dabei werden durch die großen Moleküle die geforderten Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften, wie Flexibilität, Elastizität, Schlagfestigkeit und Haftfestigkeit bedingt und durch die kleinen Moleküle eine sichere Verknüpfung zu einem dreidimensionalen Netzwerk erreicht.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein stark verzweigter Polyesteralkohol auf der Basis von Phthalsäureanhydrid und Triol mit einer mittleren Molmasse von 1800 - 3000, einer OH-Zahl von 140 « 300, vorzugsweise von 150 - 220 und einem Äquivalentgewicht von 187 - 400, vorzugsweise von 255 - 374» mit einem präpolymeren Isocyanat auf der Basis von Toluylendiisocyanat, Trimethylolpropan und Diäthylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 800 - 1200, einem HCO-Gehalt von 8 - 1,5 %% vorzugsweise von 10 - 13 %t und einem Äquivalentgewicht von 280 - 525» vorzugsweise von 320 - 420 zur Reaktion gebracht wurden« Dabei kann das ICO/OH-Verhältnis im Bereich von (0,8-1,2) t 1 variiert werden, um durch eine einfache Änderung des NCO-Anteiles eine Anpassung der Schutzschicht an das jeweilige Einsatzgebiet zu realisieren.

Die maximalen Leistungsparameter der Schutzschicht sind bei exakter Einhaltung des UCO/OH-Verhältnisses von 1:1 zu erreichen· Beide Reaktionspartner werden in einem Lösungsmittel bzw· Löaungsmittelgemisch gelöst, wobei nur solche Lösungsmittel verwendet werden können, die keine zur Polyurethanbildung geeigneten reaktiven Gruppen aufweisen, z.B. Ester und Ketone. Die Härtung der Schutzschicht kann sowohl bei Raumtemperatur als auch bei Temperaturen bis 270 ⁰C erfolgen, wobei die Zeit für die Aushärtung von 14 Tagen bei Raumtemperatur auf ca. 15 Minuten bei 270 ⁰C gesenkt werden kann. Zur Erzielung reproduzierbarer, maximaler

Leistungsparameter ist die Härtung bei höheren Temperaturen vorzuziehen. Sie Topfzeit des Reaktionsgemisches liegt bei Raumtemperatur bei 8-12 Stunden, kann aber durch Kühlung auf -15 ⁰C bis -30 ⁰C auf 48 - 60 Stunden verlängert werden, ohne daß die mechanischen Eigenschaften der herzustellenden Schutzschicht nachteilig beeinflußt werden.

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Ausführungsbeispiele

Nachfolgend soll das Wesen der Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel *\i

Es werden 25,283 g des Polyesteralkohols mit einer OH-Zahl von 155 und einem A'quivalentgewicht von 362, der in A'thylglykolacetat gelöst mit einem Pestkörpergehalt von 61 % vorliegt, eingewogen und in 200 g Äthylacetat mit einem maximalen Wassergehalt von 0,03 Ma-%, einem Acetaldehydgehalt von 0,1 /Ma-JS, einem Essigsäuregehalt von 0,005 Ma-% und einem Verdampfungsrückstand von maximal 10 mg/100 ml durch Rühren sorgfältig gelöst. Zu der Lösung werden die über ein Molekularsieb vom Typ Zeosorb A 4 getrockneten, filtrierten und destillierten Lösungsmittel entsprechend Tabelle 1 nacheinander zugesetzt und gut verrührt. Zuletzt werden 30,713 g Isocyanat, gelöst in einem Gemisch von Athylglykolacetat und Xylol im Verhältnis 1 s 1 mit einem Festkörpergehalt von 67 %t einem NCO-Gehalt von 8,7 % und einem A'quivalentgewicht von 483, zugesetzt, wobei das IfCO/OH-Verhältnis von 1 t 1 einzuhalten ist. Bei der Herstellung der Schutzschichtlösung ist sorgfältig auf gut getrocknete Lösungemittel zur Vermeidung ungeWollter Nebenreaktionen zu achten.

Zur Durchmischung der Schutzschichtlösung wird ca· 30 min intensiv gerührt, aber nur so, daß die entstehende Trombe keine Luft in die Schutzschichtlösung saugt. Die Schutzschichtlösung soll folgende Kontrollwerte aufweisen:

- 6 -

<? 0,713 g/cnr

n'°° 1,410

^°° 0,731 m Pa · sec

FK 7,2

deren Einhaltung die Richtigkeit der Schutzschichtlösung be~ etStigt· lach 30 min Entlüftungszeit kann die Schutzschichtlö-Eiung verarbeitet werden, wobei die aufgetragene Schicht bereits nach 1 min staubtrocken ist und nach 14 Sagen bei Raumtemperatur eine Härte von 188 see (Pendelhärte nach König) erreicht hat, Damit ist die endgültige Härte noch nicht erreicht, aber die Schutzschicht mit einer Schichtdicke von 0,1 /um und einer statischen Haftreibung von tan <Y «0,236 ist bereits für die weitere Verarbeitung des Schichtträgers und dessen Anwendung als Aufzeichnungsträger, als Skalen-Schutzschicht sowie Bedienteil-Schutzschicht geeignet.

Beispiel 2%

Es werden 25,215 g des Polyesteralkohols mit einer OH-Zahl von 198 und einem Äquivalent gewicht von 283, der in Äthylglykolace~ tat gelöst mit einem Festkörpergehalt von 60 % vorliegt, eingewogen und in 200 g Äthylacetat mit einem maximalen Wassergehalt von 0,03 Ma-%, einem Acetaldehydgehalt von 0,1 Ma-%₉ einem Essigsäuregehalt von 0,005 Ma-5i und einem Verdampfungsrückstand Ton maximal 10 mg/100 ml durch Rühren sorgfältig gelöst« Diese Lösung wird mit den sorgfältig getrockneten, filtrierten und destillierten Lösungsmitteln entsprechend Tabelle 1 versetzt rad gut vermischt. Zuletzt werden 27»349 g Isocyanat, gelöst in ©inem Gemisch von Äthylglykolacetat und Xylol im Verhältnis 1 t ' mit einem Pestkörpergehalt von 69 %_t einem NCO-Gehalt von 11,9 % imd einem Äquivalentgewicht von 353» zugesetzt, wobei das NCO/ OH-Yerhältnis von 0,8 t 1 einzuhalten ist. Bei der Herstellung dar Schützschichtlösung ist sorgfältig auf gut getrocknete Lösungsmittel zur Vermeidung ungewollter liebenreaktionen zu ach-

30 min intensiven Rührens ohne Untermischung von Luftblasen soll die Schutzschichtlösung folgende Meßwerte aufweisen:

' ' ' '. .: ' - ⁷ ~ ·,. .' .

<3^2o° 0,686 g/cm³

.jP\ 1,407

¹^²⁰ , 0,695 m Pa . sec

?K 6,8 Ma-%.

Nach weiteren 30 min Entlüftung kann die Schutzschichtlösung verarbeitet werden, wobei die aufgetragene Schicht bereits nach 1 min staubtrocken ist und nach einer Trocknung bei 125 ⁰C nach 3 Stunden eine Härte von 220 see (Pendelhärte nach König) erreicht hat. Die Schichtdicke beträgt 0,08 /um bei einer statischen Haftreibung von tan ex « 0,193 und ist bereits für die weitere Verarbeitung des Schichtträgers, insbesondere für dessen Anwendung als Aufzeichnungsträger und Skalen-Schutzschicht geeignet. Für die Anwendung dieser Schicht auf Bedienelementen elektrischer und elektronischer Geräte sowie al» einebnende Zwischenschicht ist sie zu elastisch*

Beispiel 3*

Es werden 27,503 g des Polyesteralkohols mit einer OH-Zahl von 210 und einem Äquivalentgewicht von 267, der in Äthylglykolacetat gelöst mit einem festkörpergehalt von 62 Ma-% vorliegt, eingewogen und in 200 g Äthylacetat mit einem maximalen Wassergehalt von 0,03 Ma-%, einem Acetaldehydgehalt von 0,1 Ma-%, einem iässigsäuregehalt von 0,005 M.a-% und einem Verdampfungsrückstand von maximal 10 mg/100 ml durch Rühren sorgfältig gelöst» Diese Lösung wird mit den vorher getrockneten, filtrierten und destillierten Lösungsmitteln entsprechend Tabelle 1 versetzt und gut vermischt. Zuletzt werden 30,806 g Isocyanat, gelöst in einem Gemisch von Äthylglykolacetat und Xylol-im Verhältnis 1 Ί 1 mit einem Pestkörpergehalt von 69 Ma-%, einem üCO-Gehalt von 128 % und einem Äquivalentgewicht von 328, zugesetzt, wobei das HOO/ OH-Verhältnis von 1,2 t 1 einzuhalten ist. Bei der Herstellung des Ansatzes ist sorgfältig auf gut getrocknete Lösungsmittel zur Vermeidung ungewollter Nebenreaktionen zu achten.

Nach 30 min intensivem Rühren ohne Unterraischung von Luftblasen soll der Ansatz folgende Meßwerte aufweisen:

9^Zo° 0,748 g/cm³

n*°l 1,413

⁷I*⁰ 0,778 m Pa · see

FK 7,6 Ma-%.

Nach weiteren 30 min Entlüftung kann die Schutzschichtlösung verarbeitet werden, wobei die aufgetragene Schicht bereits nach 1 min staubtrocken ist und nach einer Trocknung bei 250 ⁰C während 30 min eine Härte von 245 see (Pendelhärte nach König) erreicht hat. Die Schutsschichtdicke beträgt 0,35/Um bei einer statischen Haftreibung von tan <X » 0,09. Diese Schicht ist für die weitere Verarbeitung des Schichtträgers als Aufzeichnungsträgers, Skalenteil, Bedienelement, insbesondere aber als Zwischenschicht für anschließende Metallisierung, ζ·Β. durch Auf dampfen«, geeignet.

Tabelle 1	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3
	25,283 g	25,215 g	27,503 g
Polyesteralkohol	200,0 g	20O₈O g	200,0 g
Äthylacetat	44,0 g	60,0 g	70,0 g
Butylac@tat_/	100,0 g	100,0 g	71,7 g
Xylol	100,0 g	87,4 g	100,0 g
Methylethylketon	30,713 R	27,349 Ά	10x806 g
Isocjanat	1 -. : 1	0,8 : 1	1,2 : 1
NCO/OH
Lacks .	0,713 g/cm³	0,686 g/cm³	0,748 g/cm³
Dichte Q^2o°	1,410	1,407	1,413
20 Brechungsindex η	0,731 m Pa.see	0,695 m Pa.	see 0,778 m Pa.
Yiskosität yf°	7,2 Ma-%	6,8 Ma-$	7,6 Ma-%
Festkörper

Beispiel 1

Schutzschicht: Härte Schichtdicke stat ο Haftreibung tan CK

188 sec 0,1 yum 0,236

Beispiel 2

sec 0,08 /um 0,193

Beispiel 3

Trocknung:	20	⁰G	125	⁰C	250	• 5	⁰C
Temperatur	300	Std	3	Std			Std
Dauer

245 see 0,35 /um 0,09

Claims

~ 10

1β Verschleißfeste Schutzschicht für verschleißempfindlich© und korrodierbare Oberflächen von Aufzeichnungsträgern» für starre und flexible Skalen, für starre und flexible Leiterplatten, für metallische, nichtmetallische und metallisierte Oberflächen sowie von Zwischenschichten für die anschließende Metallisierung» gekennzeichnet dadurch^ daß die Schutzschicht durch Reaktion eines stark verzweigten Polyesteral» koaols auf der Basis von Phthalsäureanhydrid und Triol mit einer mittleren Molmasse von 1800— 3000, einer OH-Zahl von 140 t 300 und einem Äquivalentgewicht von 187 - 400 mit einem präpolymeren Isocyanat auf der Basis von Toluylendiisoeyanat, Trimethylolpropan und Diäthylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 800 » 1200, einem NCO-Gehalt von 8 - 1.5 % und einem Äquivalentgewicht von 280 - 525 entsteht.

2a Verschleißfeste Schutzschicht nach Punkt 1» gekennzeichnet dadurch, daß die Reaktionspartner ein stark verzweigter Poly-

' esteralkohol auf der Basis von Phthalsäureanhydrid und Trioliait einer mittleren Molmasse von vorzugsweise 2000 - 25Q0, einer OH-Zahl von vorzugsweise 150 - 220 und einem Äquivalentgewicht von vorzugsweise 255 « 374 und ein präpolyraeres Iso~ cyanat auf der Basis νου Toluylendiisocyanat, Trimethylolpropan und Diäthyleßglykol mit einem UCO-Gehalt von vorzugsweise 10 -. 13 % und einem Äquivalent gewicht von vorzugsweise 320 -sind.

3β Verschleißfeste Schutzschicht nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das VCO/OH-Verbältnie (0,8 - 1,2) ι 1 beträgt«

4e Verschleißfeste Schutzschicht nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Schutzschicht abhängig von den angewendeten Reaktionsbedingungen, unabhängig von der aufgetragenen Schichtdicke eine Pendelhärte nach König von 188 — 250 see hat«,

.. :. ... - 11 - · ' ' .

5. Verschleißfeste Schutzschicht nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die ausgehärtete Schutzschicht eine statische Haftreibung von tan a » 0,05 - 0,25 aufweist.

6· Verschleißfeste Schutzschicht nach den Punkten 1, 3» 4 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Schutzschicht ihre volle Leistungsfähigkeit bei einer Schichtdicke von 0,05 - 4 ,um besitzt und eine gleichmäßige und glatte Oberflächenstruktur aufweist.